某公司为总公司烧结厂制作的
破碎机辊子，使用寿命短，不耐磨，使用3个月左右的时间就出现质量问题，夹砂、裂纹、缩孔等铸造缺陷较多，严重制约了烧结厂的正常生产，为了改变这一被动局面，我们确定开发研制长寿命耐磨破碎机辊子。
1、辊子的使用条件及结构特点
破碎机的主要工作结构是两对辊子相向旋转时，物料进入两辊间，受到高挤压力和摩擦力而得以破碎。破碎机辊子作为影响破碎机使用状况的一个主要构件，必须有良好的耐磨性和较强的韧性，以保证破碎机辊子服役过程中不断裂和有较长的使用寿命；辊子结构特点，最大直径为4900 mm，总高度为700mm。
为得到所需的组织结构以满足破碎机辊子的使用要求，并尽量降低生产成本，确定辊子材质选用高碳低合金钢。在成分设计中，主要考虑了以下若干方面：碳是影响铸钢强度、硬度、韧塑性及淬透性的主要元素。碳含量过低，破碎辊的强度和硬度低。为得到具有一定硬度的珠光体和适量的碳化物，碳含量不能低。但若碳含量过高，则易形成网状、粗大碳化物，会降低破碎辊的韧性。为此，选择碳含量为0.8%～0.9%。铬是主要合金元素，在改变组织和性能时的作用较强，且价格相对较低：铬还可以固溶强化基体，同时又是较强的碳化物形成元素，与碳结合形成高硬度的颗粒状碳化物，有利于提高钢的硬度。选择铬含量为1.0%～1.5%。钼能显著提高钢的淬透性，同时起固溶强化基体的作用，与铬、锰等易导致回火脆性的元素配合使用，能降低或抑制回火脆性。钒是强碳化物形成元素，有较强的固溶强化和细化晶粒的作用，能提高钢的回火稳定性。钼、钒是贵重元素，对钢的成本影响很大。选择钼含量为0.2%～0.5%．钒<0.5%。稀土元素是很好的脱硫、除气剂，能除去钢中的有害杂质，净化钢液，改善夹杂物的形态，细化晶粒，提高钢的韧塑性，并能改善钢的铸造性能。
2、铸造生产工艺
2.1模型、芯盒选择
由于破碎机辊子是我公司为总公司烧结厂长期供应的冶金备件，为了保证铸件质量，提高砂型紧实度，防止铸件胀箱、缩孔，确定模型、芯盒采用实样木模造型。模型结构如图2。为了方便制芯，将中间芯子分成两部分，为防止偏芯，在下部芯子上设有芯座，芯座高度80 mm．底部芯头高度设计为100 mm。
2.2型砂选择
合理选用型砂，兼顾表面粗糙度与解决清砂难问题即与钢液接触的内表面由于受钢液的热作用时间较长，在芯子表面采用耐高温的铬铁矿砂，这种砂具有很高的耐火度，防止铸件粘砂，保证铸件光洁，但这种砂价格较高，为了节约成本，只可采用薄薄的一层，厚度约10 mm-15 mm．芯子内层采用高温下能自动分解，易溃散的低价人工粉碎的石灰石砂，以利于清砂；砂型型腔采用石英砂，刷锆英粉涂料二次。
2.3浇冒口工艺
设置合理的浇胃口系统，需要精确计算出铸件的热节．在热节处放置适当的冒口，在冒口下增设补贴，保证冒口形成顺序凝固，获得致密铸件。根据计算和经验，制定初始工艺方案，并采用华铸CAE铸造仿真模拟软件，按初始工艺对辊子进行仿真凝同模拟、分析和论证，掌握温度场和流动场的变化规律，以此调整冒口和浇口的大小和数量，优化铸造工艺，保证铸件的顺序凝固和金属液的有效补缩．保证获得无缩孔、无缩松、组织致密的辊子铸件。浇胃口工艺如图3，铸造仿真凝固模拟铸造件无缩孔见图4。采用腰形13号保温暗胃口4个，高度500 mm，浇注系统采用底注快浇的方式。直浇口、横浇口采用耐火砖专用浇口，直径∮80 mm各一道，内浇口采用∮60 mm耐火砖专用浇口四道。
2.4熔炼
钢液的纯净度及浇注温度直接影响辊子铸件的质量。S、P等有害元素含量越高，裂纹倾向性越大，钢中夹杂物与偏析越严重，越易造成应力集中。浇注温度越高，凝固收缩越大，热裂纹、缩孔、缩松、粘砂的产生机率也越大。加强工序质量控制，采用变质处理及钢包底吹氩技术严格控制钢液质量，减少钢液中气体及有害元素含量，控制浇注温度和浇注速度，增加钢液的补缩能力，保证铸件组织致密。冶炼时成分按中线控制，炉前脱氧，在包内采用稀土硅进行孕育变质处理，出钢温度控制在l 600℃~1 620℃。
2.5合箱浇注
合箱前做到五检查：出气孔是否畅通（冒口、芯头、芯座）；尺寸形状是否符合图纸；浇冒口系统内和型腔内是否干净；芯头、芯座间隙是否填严，防止钢液钻人或跑火；合箱卡子紧好后，分型面是否合严，以防跑火。
放箱的地面要平整，划出十字出气道。浇口杯一定要用直径为∮80 mm的耐火材料制的漏斗，不许用砂质浇口杯。浇注时及时引火，并采取防跑火措施。
浇注：浇注原则，大流快浇。钢包采用底注式浇包，不许用新砌的钢包。钢包必须保持干燥，烘包温度要保证在700℃以上。镇静时间，钢液在包内镇静时间大于7 min，以便杂质上浮。浇注温度：l 510℃~1 530℃。用热电偶测温仪测温。
2.6打箱、清理
根据生产经验，参照理论保温曲线，确定浇注后保温时间为冬季25 h-26 h，夏季26 h-28 h。由于该件为低合金高碳钢，气割冒口时裂纹倾向大，为防止气割裂纹，采用热割冒口，热割温度大于260℃，为了降低成本采用清砂后利用铸件本体余热进行热割冒口，热割后立即进退火窑进行保温缓冷。
3、热处理
热处理工艺设计的出发点是保证获得均匀一致的细珠光体组织和弥散分布的小颗粒状碳化物，消除网状碳化物，并要获得细晶组织，防止晶粒长大。热处理质量的好坏对辊子的整体性能影响也较大，为了获得合格的组织和性能，首先对试块进行热处理，然后总结实验结果后，确定最佳热处理工艺方案。采用890℃均匀化退火+ 740℃球化退火的预备热处理和870℃正火+ 560℃高温回火热处理。既可保证技术要求的性能，又获得了良好的显微组织和细晶粒度，从而杜绝因粗大晶粒和严重网状碳化物导致破碎机辊子断裂的危害。
4、结果分析
采用高碳低合金钢材质，通过合金化特别是添加钒、稀土等微量元素，并结合采用合理的熔炼工艺，通过计算机工艺优化，合理设置浇口，胃口，控制浇注温度及采用合理的热处理工艺，有效地细化了晶粒，强韧化基体及获得颗粒形状合理分布的高硬度碳化物组织，铸造出优质合格的破碎机辊子铸件。
5、结论
用以上工艺试制的第一批4件辊子已经使用1年多，还正在使用。实践证明，采用高碳低合金钢材质，经过一系列工序质量控制和工艺优化，生产的破碎机辊子韧性好，抗冲击，耐磨性能好，具有较长的使用寿命。
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